1、第二章 生命的物质基础 学习目标1.掌握遗传物质DNA和RNA的结构与功能2.熟悉蛋白质的分子结构和功能3.熟悉酶的概念和催化特性4.了解原生质的概念及原生质中水、无机盐、糖类、脂类等化合物的构成和功能原生质：决定生命的物质，即组成细胞的全部生命物质。细胞的主要元素：原生质中化学元素有50多种，主要包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7种元素约占生物体的99.35%，其中C、H、O、N 四种元素约占90%。细胞的化学组成无机化合物：水和无机盐。有机化合物：糖类、脂类、维生素、蛋白质、核酸。生物大分子：蛋白质、核酸由于分子量巨大，结构复杂，具有生物活性，故有此称。第一节 无机化合物 一、水1
2、.在原生质中含量最高（60%95%）；2.不同器官含水量不同：骨骼22%，肌肉76%，脑86%，眼玻璃体99%；3.水的含量随年龄、性别的不同而不同：水的含量随人年龄的增长而递减。4.原生质中两种存在形式：游离水（自由流动；绝大部分）、结合水（细胞结构成分）；5.生理功能：1）良好的溶剂（极性）2）参与细胞内各种代谢活动3）调节体温（水比热大；排汗）4）润滑剂1.在原生质中含量约1%，多以离子形式存在。2.含量较高的阳离子：K+,Na+,Ca2+,Mg2+等；阴离子主要有：Cl-,SO42-,HCO3-,PO43-等；3.无机盐的主要功能：1）参与构成某些蛋白质或酶；2）调节细胞内外的pH值；
3、3）维持细胞的膜电位，如K+、Na+等离子；4）维持细胞内外的渗透压，如0.9%NaCl。二、无机盐 第二节 有机化合物一、糖类（C、H、O）1.又称碳水化合物，分子式缩写(CH2O)n2.根据糖的水解情况可分为单糖、双糖和多糖。3.单糖：不能被水解成更简单类型的糖（多羟基醛/酮）；常见的单糖有葡萄糖（血糖）、果糖、核糖（构成RNA）、脱氧核糖（构成DNA）等；4.双糖：由两分子单糖脱去一分子水缩合而成的糖；常见的双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖，多为储存的营养物质或代谢中间产物。5.多糖：由10个以上单糖脱水缩合而成的糖，分子量可达几万至几百万；主要包括淀粉（主食）、纤维素和糖原（肝糖原-血糖、肌糖
4、原-肌肉运动；储能）。6.糖的主要功能：1）供能：人体所需能量50%70%来自糖类；2）参与物质构成：参与细胞壁、细胞膜、核酸、免疫球蛋白构成。二、脂类 1.脂类是脂肪、类脂和固醇类化合物的总称；2.脂类难溶于水，易溶于有机溶剂；3.元素构成主要为C,H,O三种，有些脂类还含有N,P等元素。二、脂类1）脂肪：由一分子甘油和三分子脂肪酸结合而成，是动植物细胞储存脂类的主要形式。2）类脂：甘油、脂肪酸、磷酸和含氮碱四部分组成；人体重要的类脂是磷脂类，主要有磷脂酰胆碱（卵磷脂）和磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）。3）固醇类化合物：主要包括胆固醇、胆汁酸、性激素、维生素D等；在维持细胞结构和正常代谢等方面起调节
5、作用。磷脂分子：一端由甘油、磷酸和含氮碱组成，易于与水相溶，称为亲水端；另一端则由两条脂肪酸链构成，不溶于水，称为疏水端。磷脂是构成细胞膜及细胞内各种膜结构的主要组成成分。三、维生素 1.维生素（vitamin，vit）是机体维持正常功能所必需，但在人体内不能合成，必须由食物供给的一类小分子有机化合物。2.根据溶解性不同，可分为：脂溶性维生素（A、D、E、K）和水溶性维生素（B族、C）。3.维生素每日需要量很少，非供能物质，但在调节物质代谢和维持生理功能等方面发挥重要作用。三、维生素4.维生素缺乏症：1）缺乏vitA引起夜盲症、干皮病等；2）缺乏vitD，儿童导致佝偻病，成人引起软骨病；3）缺
6、乏vitB1可引起脚气病；4）缺乏vitB2可引起口角炎、唇炎、眼睑炎、畏光等症。四、蛋白质 蛋白质（protein）：1）组成元素主要为C、H、O、N、S；2）是生命的承担者；3）基本单位是氨基酸；4）人体蛋白质是由20种氨基酸组成的。医学生物学（一）蛋白质的分子结构 1.氨基酸在蛋白质分子中的连接方式(1)肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。(2)肽(peptide)1）肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。2）两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸N
7、H-CH-CHOHOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO3）由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽。4）肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。5）多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 螺旋蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构（二）蛋白质的功能 1.结构和支持作用：胶原蛋白、角蛋白、胞质中结构蛋白。2.催化作用：酶是具有生物催化活性的蛋白质。3.调节作用：体
8、内有些激素属于蛋白质，如胰岛素、生长素。4.运输作用：血液中运送O2与CO2的血红蛋白和运送脂质的脂蛋白；控制离子进出的离子泵等；5.防御作用：免疫球蛋白、抗体、金属硫蛋白等 6.运动功能：肌肉收缩、细胞分裂、细胞运动都与蛋白质有关。如肌纤维中的肌球蛋白等；7.贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等；8.信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等；五、酶 酶：一类由活细胞产生的，对其底物具有高度特异性和高效催化作用的蛋白质。酶具有极高的催化效率(最适条件）酶具有高度专一性 酶具有高度不稳定性 酶的活性可以调控 酶的特性五、酶 酶：一类由活细胞产生的，对其底物具有高度特异性和高
9、效催化作用的蛋白质。蛋白质部分：酶蛋白 辅助因子 金属离子 小分子有机化合物 结合酶（全酶）单纯酶：仅有氨基酸构成的一类酶。（决定反应特异性）（决定反应的种类）酶的分类（一）核酸的基本结构单位核苷酸 核酸 核苷酸 磷酸 核苷 戊糖 碱基 嘌呤碱-A、G 嘧啶碱-C、U、T A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）U（尿嘧啶）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）六、核酸 遗传信息的贮存者和携带者，控制蛋白质的合成，从而控 制着生物体的生长、发育、繁殖、遗传与变异。（二）核酸的分类 核酸DNARNA分布功能mRNAtRNArRNA分布功能5%，Pr合成的直接模板15%，活化与转运AA，识别密码80%，充当装配机，提供
10、场所腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP)鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP)胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP)腺嘌呤核苷酸(AMP)鸟嘌呤核苷酸(GMP)胞嘧啶核苷酸(CMP)尿嘧啶核苷酸(UMP)RNADNADNA和RNA的主要区别RNADNA组成成分磷 酸磷酸戊 糖核 糖（R）脱氧核糖（dR）碱基A G C UA G C T三磷酸腺苷ATP（三）核酸的结构与功能1.DNA的结构与功能(1)DNA的分子结构核苷酸之间以3，5-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。5端NH2NNOPOHHOOOH3COOPHOOOH3COOHNH2NNNN3端磷酸二酯键 2 nm大沟(2.2 nm)小
11、沟(1.2 nm)3.4 nm1.DNA 是反向平行的互补双链结构，脱氧核糖-磷酸骨架位于双链的 外侧，碱基位于内侧，双链的碱基之 间以氢键相结合。（碱基互补配对形式：A T；G C)2.DNA 是右手螺旋结构，螺旋直径为 2 nm，螺距为 3.4 nm。碱基平面垂直螺旋轴，相邻碱基平面距离为 0.34 nm，螺旋一圈包含 10 对碱基。3.氢键维持 DNA 双链横向稳定性，碱基平面之间的疏水堆积力维持双链纵向稳定。(二)DNA 双螺旋结构模型要点基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替排列碱基互补配对原则(A=T;GC)。(2)DNA的功能 1)以基因的形式储存遗传信息。2)作为基因复制的模板 3)作为
12、基因转录的模板 2)DNA的自我复制 复制是指以亲代DNA为模板合成子链DNA的过程。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代DNA复制叉子代DNA2)DNA的自我复制 DNA合成时，以亲代DNA解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代DNA的过程。子代DNA，一股单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。复制的半不连续性 3)DNA的转录（RNA的生物合成）转录
13、：以DNA一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下，互补合成RNA的过程。原料 NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)DNA模板RNA聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子2.RNA的结构与功能 RNA的分类 1）信使RNA（messenger RNA，mRNA)：作为指导蛋白质合成的模板 2）转运RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白质合成过程中起转运氨基酸的作用 3）核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）：与蛋白质形成核糖体，作为蛋白质合成的场所 tRNA 1、由单链卷曲形成局部环状双链。2、反密码环，带有反密码子可 破译遗传密码。3、氨基酸臂，直接结合被活化 的氨基酸。一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸！氨基酸臂 额外环OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGmDDGGDDDAACAGUU AAAA GUUCCDmAACAT环DUH环反密码环反密码子核糖体以mRNA为模板翻译出蛋白质中心法则复制复制